БАК ТОПЛИВНЫЙ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ПОДАЧИ ЖИДКИХ КОМПОНЕНТОВ Российский патент 2018 года по МПК B64G1/22 

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, в частности к устройствам для хранения и подачи жидких компонентов топлива в двигательные установки космических кораблей, орбитальных станций и блоков выведения космических аппаратов.

Известна конструкция бака топливного космического аппарата для хранения и подачи жидких компонентов (см. патент на изобретение RU №2522763 - аналог), состоящего из герметичного корпуса с входными и выходными штуцерами и внутренней металлической диафрагмы переменной толщины, разделяющей топливный бак на газовую и жидкостную полости. Подачу компонентов топлива к потребителю производят посредством наддува газом топливного бака и выдавливания металлической диафрагмой компонентов топлива в магистрали подачи к потребителю - реактивным двигателям двигательной установки космического корабля.

Недостатком вышеописанного устройства является невозможность многократной дозаправки топливного бака космического аппарата (на орбите) ввиду его недостаточной живучести из-за возникновения дополнительных напряжений (с последующим разрушением) во внутренней металлической диафрагме при ее многоразовой (полной - от крайнего - до крайнего положений) перекладке.

Известно устройство для хранения и подачи жидких компонентов, установленное в топливном отсеке космического корабля (см. патент на изобретение RU №2132804 - аналог) содержащее раму с установленными на ней системой наддува и топливными баками горючего и окислителя, включающими корпус и внутреннюю эластичную мембрану. Подачу топлива осуществляют методом выдавливания, подавая давление газа от системы наддува в газовые полости топливных баков, и посредством внутренней эластичной мембраны передавливают жидкое топливо в магистрали подачи компонентов топлива потребителю.

Известно также устройство для хранения и подачи жидких компонентов (см. патент на изобретение RU №2301180 - прототип) состоящий из корпуса с размещенным в нем сильфоном, разделяющим внутреннюю емкость на жидкостную и газовую полости. Жидкостная полость снабжена штуцером для подключения к магистралям подачи топлива, а газовая полость снабжена штуцером для подключения к газовым магистралям.

Недостатком известного технического устройства является то, что все гофры сильфона контактируют с внутренней поверхностью корпуса бака, что создает дополнительное сопротивление при возвратно-поступательном движении сильфона. При значительных размерах сильфона (≥∅500 мм, ход ≥1200 мм) - это дополнительный элемент ненадежности. К тому же, такая конструкция при всей своей сложности и дороговизне является абсолютно неремонтопригодной и если после сборки сильфона в процессе его испытаний перед установкой в бак выявляется негерметичность сильфона, то вся конструкция бракуется.

Задачей предложенного технического решения является расширение эксплуатационных возможностей, повышение надежности за счет уменьшения мест контакта сильфона с корпусом, уменьшения хода каждой подвижной части сильфона при сохранении его общего хода, а также появления возможности ремонтопригодности конструкции на стадии изготовления и испытаний сильфона (до установки каждой из его половинок в свой полукорпус).

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в баке топливном для хранения и подачи жидких компонентов, состоящем из корпуса, жидкостной полости, снабженной штуцером для подключения к магистралям подачи топлива, газовой полости, снабженной штуцером для подключения к газовым магистралям, и сильфона, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде двух полукорпусов, причем каждый полукорпус топливного бака имеет автономную газовую полость и в каждом полукорпусе установлен сильфон, причем торцевые гофры каждого сильфона с одной стороны герметично соединены с крышкой, взаимодействующей при максимальном растяжении сильфона с его ограничителем хода, размещенным в газовой полости каждого полукорпуса; а с другой стороны жестко закреплены на торцевых шпангоутах полукорпусов таким образом, что при соединении торцевых шпангоутов полукорпусов образуется полость, а между торцевыми гофрами установлен стопор хода сильфонов с выполненными в нем отверстиями, служащими для подачи жидких компонентов в жидкостную полость сильфонов, при этом на каждом сильфоне через определенное количество гофр выполнены гофры большего диаметра, с размещенными на них фторопластовыми кольцами.

Предлагаемый бак топливный для хранения и подачи жидких компонентов иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-5.

На фиг. 1 представлен разрез общего вида бака топливного.

На фиг. 2 представлен поперечный разрез А-А бака топливного (сильфон не показан).

На фиг. 3 представлено сечение Б-Б бака топливного, где показаны установка стопора хода между сильфонами, а также стык полукорпусов.

На фиг. 4 (выносной элемент Д) представлены гофры с внешней кромкой большего диаметра, с размещенными на них фторопластовыми кольцами (корпус бака топливного не показан).

На фиг. 5 (выносной элемент Е) представлена линия обреза внешней кромки при ремонте сильфона (фторопластовое кольцо и корпус бака топливного не показаны).

Бак топливный для хранения и подачи жидких компонентов, показанный на фиг. 1 в полностью заправленном состоянии, состоит из корпуса, жидкостной полости Ж, снабженной штуцером 1 для подключения к магистралям подачи топлива, и двух автономных газовых полостей Г1 и Г2, снабженных штуцерами 2 и 3 для подключения к газовым магистралям.

Корпус бака топливного выполнен в виде двух полукорпусов 4 и 5, в каждом из которых установлен сильфон 6 (7), причем торцевые гофры каждого сильфона 6 (7) с одной стороны герметично соединены с крышкой 8 (9), взаимодействующей при максимальном растяжении сильфона 6 (7) с его ограничителем хода 10 (11), размещенным в газовой полости каждого полукорпуса 4 (5), а с другой стороны жестко закреплены любым известным способом (например, сваркой) на торцевых шпангоутах полукорпусов 4 (5) таким образом, что между ними образуется полость 12, а между торцевыми гофрами сильфонов - кольцевой зазор 13, служащие для подачи жидкого компонента в жидкостную полость (Ж), который поступает через штуцер 1.

В кольцевой зазор 13 между торцевыми гофрами установлен стопор хода 14 сильфонов 6 и 7 с выполненными в нем отверстиями 15, служащими для подачи жидкого компонента в жидкостную полость (Ж) сильфонов 6 и 7. На сильфонах 6 и 7 через определенное количество гофров установлены гофры 16 с внешней кромкой большего диаметра с размещенными на них фторопластовыми кольцами 17.

Устройство работает следующим образом.

По команде от системы управления (СУ) изделием через штуцеры 2 и 3 в газовые полости (Г1, Г2) под давлением подается газ (азот, гелий). Под воздействием перепада Рг>Рж давления (Рг - давление в газовой полости, Рж - давление в жидкостной полости) сильфоны 6 и 7 начинают сжиматься (направление сжатия показано стрелками), уменьшаясь в объеме и вытесняя из жидкостной полости (Ж) горючее (окислитель) в силовую установку космического аппарата (КА). При этом только фторопластовые кольца 17 сильфонов 6 и 7 контактируют с внутренней поверхностью корпуса бака топливного. По команде от СУ изделием перекрываются клапана на газовой магистрали и процесс подачи горючего (окислителя) прекращается. При полной выработке горючего (окислителя) крышки 8 и 9 сильфонов 5 и 6 упрутся в стопор хода 14 с разных сторон практически одновременно и дальнейшее сжатие сильфонов 5 и 6 будет невозможно. В этом случае остаток горючего (окислителя) в баке будет минимален.

На любом этапе, в том числе и при полной выработке горючего (окислителя), возможна дозаправка КА, которая осуществляется следующим образом: по команде от СУ изделием через штуцер 1 в полость Ж под давлением подается горючее (окислитель). Под воздействием перепада (Рг<Рж) давления сильфоны начинают увеличивать свой объем (направление движения - против стрелок). При взаимодействии крышек 8 и 9 с ограничителями хода 10 и 11 процесс дозаправки прекращается. Процесс дозаправки также может быть неоднократно повторен на любом этапе эксплуатации КА.

Предложенное техническое решение позволит расширить эксплуатационные возможности и повысить надежность за счет введения фторопластовых колец на гофрах большего диаметра и, следовательно, уменьшения мест контакта сильфона с корпусом, а также уменьшения хода каждой подвижной части сильфона при сохранении его общего хода. К тому же, в процессе изготовления и испытаний сильфонов (до установки каждой из его половинок в свой полукорпус) при обнаружении негерметичности на любом этапе возможно осуществлять ремонт сильфона, срезая сварные швы по периметру гофр с внешней кромкой большего диаметра и таким образом удаляя и заменяя негерметичный сегмент.

Изобретение относится преимущественно к топливной системе двигательных установок космических объектов. Корпус бака выполнен из двух полукорпусов (4, 5), в которых установлены сильфоны (6, 7). Торцевые гофры сильфонов герметично соединены с крышками (8, 9), имеющими ограничители хода (10, 11), размещенные в газовых полостях (Г1, Г2) полукорпусов (4, 5). С другой стороны гофры жестко закреплены на торцевых шпангоутах полукорпусов так, что между ними образуются полость и кольцевой зазор, обеспечивающие подачу компонента в жидкостную полость (Ж) через штуцер (1). В кольцевой зазор установлен стопор (14) хода сильфонов (6, 7), выполненный с отверстиями для прохода жидкости. На сильфонах (6, 7) через определенное число гофров установлены гофры большего внешнего диаметра с размещенными на их кромках фторопластовыми кольцами, скользящими по корпусу. При подаче газа (азота, гелия) через штуцеры (2) и (3) в полости (Г1) и (Г2) сильфоны (6) и (7) сжимаются, вытесняя жидкость из полости (Ж). При этом только указанные фторопластовые кольца контактируют с внутренней поверхностью бака. Техническим результатом является повышение надежности за счет уменьшения хода подвижной части сильфона и площади (мест) ее контакта с корпусом, а также ремонтопригодности конструкции сильфона на стадии его изготовления и испытаний. 5 ил.

Бак топливный для хранения и подачи жидких компонентов, состоящий из корпуса, жидкостной полости, снабженной штуцером для подключения к магистралям подачи топлива, газовой полости, снабженной штуцером для подключения к газовым магистралям, и сильфона, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде двух полукорпусов, причем каждый полукорпус топливного бака имеет автономную газовую полость и в каждом полукорпусе установлен сильфон, причем торцевые гофры каждого сильфона с одной стороны герметично соединены с крышкой, взаимодействующей при максимальном растяжении сильфона с его ограничителем хода, размещенным в газовой полости каждого полукорпуса, а с другой стороны жестко закреплены на торцевых шпангоутах полукорпусов таким образом, что при соединении торцевых шпангоутов полукорпусов образуется полость, а между торцевыми гофрами установлен стопор хода сильфонов с выполненными в нем отверстиями, служащими для подачи жидких компонентов в жидкостную полость сильфонов, при этом на каждом сильфоне через определенное количество гофров выполнены гофры большего диаметра, с размещенными на них фторопластовыми кольцами.